IoT rendszerek kommunikációs megoldásai vitmav22

Átírás

1 IoT rendszerek kommunikációs megoldásai vitmav22 Bevezető

2 Tárgykövetelmények (TAD) A tantárgy oktatásának módja (1/1/0/f) Előadás és gyakorlatok keretében. A gyakorlatokon a hallgatók, amennyiben rendelkeznek hordozható számítógéppel, úgy a kiosztott eszközök segítségével nem csak követhetik, hanem maguk is együtt csinálhatják a feladatokat a gyakorlatvezetővel. Követelmények 1 db összegző típusú zárthelyi sikeres megírása. A zárthelyi dolgozaton kívül a hallgatók részteljesítmény értékelő otthoni feladatot kapnak, melynek során egy, a tárgyhoz kapcsolódó témát kell feldolgozniuk és esszé vagy prototípus formájában benyújtaniuk. Az otthoni munka és a zárthelyi dolgozatok azonos súllyal vesznek részt a végső érdemjegy kialakításában tavasz Szenzorhálózatok és alkalmazásaik (VITMMA09) - Okos város MSc mellékspecializáció, BME-TMIT 2

3 IoT The-name-of-the-game tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

4 Gartner s ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 4

5 Gartner s 2016 IoT??? ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 5

6 Leggyakrabban emlegetett IoT alkalmazások A hűtőszekrény látja, hogy lejárt a szavatossága a tejnek, és újat rendel az online webáruházból Biztos, hogy akarjuk ezt? Lehet nem ízlett, más gyártótól rendelnénk Talán fogyókúrát kezdtem Nem szeretném ha a hűtőm intézné a bevásárlást Rengeteg szubjektív tényező befolyásolhatja Az USA-ban a vásárolt élelmiszer 25%-át kidobják Évente USD kár a családnak Rengeteg felesleges kiadás - gyártás, tárolás, szállítás, eladás Átlagos amerikai család 10-szer több élelmiszert dob ki mint egy dél-kelet ázsiai család A technológia fejlődése tovább fokozhatja ezt, ha rosszul használják tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

7 Leggyakrabban emlegetett IoT alkalmazások At autónk előre bekapcsolja a házunkban a fűtést, amikor hazaindulunk a munkahelyről Biztos, hogy akarjuk ezt? Mennyi idő, amíg a padlófűtés felfűti a lakást, és mennyi idő amíg hazaérünk? Honnan tudja az autónk automatikusan, hogy hazaindultunk? GPS-t nem használunk a hazajutáshoz, nem látja a célállomást Lehet megállunk órákra vásárolni Az ilyen példák gyakran mesterségesnek, l art pour l art megoldásnak tűnnek Negatív fényt vetnek az IoT-re, elrettentik az embereket De vannak hasznosabb alkalmazások is tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

8 2017. tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT Internet of...(???)

9 Internet (of People) A hagyományos internet is tárgyakból áll PC-k, szerverek, útválasztók De a végfelhasználó személyek generálják a tartalmat, adatokat Levelek, dokumentumok, weboldalak, fényképek, stb. Az embereknek korlátos az idejük, a figyelmük és a pontosságuk Nem megfelelőek a való világ történéseinek követésére, adatok rögzítésére tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

10 Internet of Things (IoT) Kevin Ashton (1999) MIT Auto-ID, Procter & Gamble Adatgyűjtés emberi közreműködés nélkül Intelligens, egyéni azonosítóval ellátott eszközök Szenzorok, okos telefonok, járművek, stb. Monitoroznak és kommunikálnak A begyűjtött adatok felkerülnek a felhőbe (hálózat) Elemzés, szűrés, aggregáció, adatbányászat Értéknövelt szolgáltatások generálása Nem a puszta adat az érték, hanem annak feldolgozása tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

11 Mit értünk a tárgyak internetén? Okos dolgok hálózata Mitől okos valami? Van CPU-ja, memóriája, szenzorokkal érzékeli a környezetet Képes kommunikálni tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

12 Az első IoT eszköz? Egy Coca-Cola automata a Carnegie Mellon University-n (1982!!) 10 centtel olcsóbb volt mint a többi automata Mindenki oda járt, de idegesítő volt a campus másik feléről odasétálni és üresen találni, vagy épp frissen töltött meleg kólával 4 diák - Mike Kazar, David Nichols, John Zsarnay, and Ivor Durham Kössük az Internetre az automatát Lekérdezhető az állapota Égnek-e a rekeszeknek megfelelő Empty lámpák Mennyi idő telt el az utolsó feltöltéstől (lehűltek-e már) A legnagyobb forgalmú automata egész Pennsylvania-ban tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

13 Hány eszköz? Cisco, Ericsson előrejelzések 50 milliárd eszköz 2020-ra tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

14 2017. tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT IoT, Cloud, Big Data, Analytics

15 IoT vs. Cloud Tudok adatokat gyűjteni, és kommunikálni. Más feladat? Hol tárolom el a begyűjtött nyers adatokat? Hogyan dolgozom fel őket? Szűrés, aggregálás, korrelációs elemzés, stb. Big Data Hogyan csatolom vissza az információt az IoT-be? Az szenzor (IoT) eszközök nem tudják hosszú távon tárolni, feldolgozni az adataikat Korlátozott memória (RAM, Flash), CPU, energia tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

16 IoT vs. Cloud De tényleg küldjünk ki mindent a felhőbe? A rádiós kommunikáció nagyon sok energiába kerül Célszerű egy elő-feldolgozást és aggregálást helyben elvégezni A mérés és az adatküldés két külön feladat Mérni az alkalmazás igényei szerint kell Adatküldés az erőforrások alapján optimalizálva tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

17 IoT vs. Cloud Adatok a felhőben, de az IoT tartományban is Felhő szolgáltatások Központi adatbázis Felhasználó / Alkalmazás Helyi adatbázis(ok) Proxy keresés / válasz Adat Adat IoT tartomány tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

18 IoT vs. Cloud Elosztott adatbázis a felhő és az IoT tartomány között Felhő szolgáltatások Felhasználó / Alkalmazás Proxy keresés / válasz Elosztott adatbázis IoT tartomány tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

19 Kapcsolódó fogalmak Ubiquituous networking / computing Mindenütt jelenlevő hálózatok Mark Weiser, Xerox Palo Alto Research Center, 1998 Pervasive networks Mindent átható, átszövő hálózatok Everyware Disappearing computing Ambient networks and services A felhasználót körülölelő hálózatok és szolgáltatások Internet of Everything (Cisco) tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

20 Privacy (gubójog, önnöntér) Az emberek alapvetően nem szeretik a Nagy testvért Viszont ha hasznos szolgáltatásokat kapnak, elfelejtik a félelmüket tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

21 Az IoT kihívásai Az IoT elemei nagyon heterogének Komoly erőforrásokkal rendelkező eszközök Okostelefonok, autók, okos kóla automata Folyamatos tápellátás, vagy könnyen újratölthető akkumulátor Nincs méretkorlátozás Nagy számítási kapacitás, sok memória Többfajta rádiós vagy vezetékes kommunikációs interfész, közvetlen csatlakozás az internetre Korlátozott erőforrásokkal rendelkező eszközök Szenzorok Korlátozott CPU, memória, nagyon korlátozott energia Általában csak egy rádiós interfész, az is alvó állapotban az idő nagy részében Nincs közvetlen csatlakozás az Internetre tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

22 IoT alkalmazások Rengeteg más felhasználási terület Smart metering Áram-, gáz- és vízfogyasztás monitorozása Smart Home, Smart Office Precision farming Talaj és termés monitorozása Műtrágyák adaptív adagolása Supply Chain Monitoring Konténerek monitorozása (pakolás, szállítás) Biztonsági kockázatok elhárítása, veszélyes anyagok érzékelése és sokminden más tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

23 IoT az intelligens közlekedésben Hagyományos statikus közlekedési táblák Mint 100 évvel ezelőtt Csúszós út, torlódás, havazás De mikor? Mindig? Ma már az autók elektronikája közel 100 különböző szenzort tartalmaz A mért adatokat jó lenne megosztani a többi autóval Szenzorhálózat - járműhálózat tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT

24 2017. tavasz IoT rendszerek kommunikációs megoldásai (VITMAV22), BME-TMIT IoT kontra internet

25 IoT kontra Internet - hardver Erős Az internet végberendezései teljes számítógépek (munkaállomások, laptopok, okostelefonok, stb.) Rendszeres hozzáférés szükséges a villamosenergia-hálózathoz Emberekkel kerülnek interakcióba Láthatatlan A dolgok kicsi, gyenge számítógépek Alacsony energiafogyasztással Korlátolt funkcionalitással, gyakran érzékelőkkel Korlátos mennyiségű információt továbbítanak Közvetlenül nem képesek az emberrel interakcióba bocsátkozni (Fleisch, 2010) ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 25

26 IoT kontra Internet - #csp Milliók Kb 5 milliárd eszköz (mobiltelefon, PC, MP3 lejátszók,kamerák, adatszerverek, stb.) szolgál ki kb 1,5 milliárd Internet felhasználót Milliárdok RENGETEG számítógéppel (processzorral) felszerelt dolog van a környezetünkben, amelyekkel az emberek NEM képesek vagy NEM AKARNAK közvetlenül kommunikálni. Egy új hálózati infrastruktúrára lenne szükség ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 26

27 IoT kontra Internet hozzáférés Szélessáv Az Internet hozzáférés elképesztő ütemben növekszik (1-100 Mbps kábel/rádió, Mbps optikai, stb...) Szűk keresztmetszet Egy alacsony energiafogyasztású rádió adatközlési sebessége kb. 100 kbps ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 27

28 IoT kontra Internet címzés Globális azonosító IP ilyen egyszerű Babilon Az IP-alapú azonosítás és címzés túl nagy kapacitást követelne meg a nagyon egyszerű és korlátos végpontoktól Új megoldásokra van szükség (pl. IPv6 és 6LoWPAN) ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 28

29 IoT kontra Internet emberek és gépek Felhasználó központú Az internet-alapú szolgáltatások java része az embereket célozza meg mint felhasználókat. (WWW, , fájlmegosztás, telefónia, vásárlás,...) Gép központú? Az emberek lényegében ki vannak zárva a direkt beavatkozásból! paradigmaváltás az ember nélküli számítástechnika (Mattern, 2004) Az okos dolgok egymással és az internetre kötött számítógépekkel kommunikálnak gép-gép módon ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 29

30 IoT kontra Internet fókusz Kommunikáció Az Internet gazdasági sikersztorija: WWW globális ügyfél elérhetőség nagyon alacsony költséggel! (pl., hirdetések Google, vásárlás ebay, Amazon,...) Képesség a felhasználók által létrehozott tartalom kezeléséhez: Web 2.0 (Wikipedia, Facebook, YouTube,...) Érzékelés Lehetővé teszi a fizikai világ dolgok és helyek számára adatok automatikus előállítását. IoT a való világ érzékelése ősz Internet szolgáltatások és alkalmazások (VITMMA04), BME-TMIT 30